압출 방식으로 제조된 폴리프로필렌 나노복합재료의 산소 투과 차단 성능에 미치는 영향

Title
압출 방식으로 제조된 폴리프로필렌 나노복합재료의 산소 투과 차단 성능에 미치는 영향
Other Titles
Improvements in Oxygen Barrier Property of Polypropylene Nanocomposites by Extrusion
Author
김동현
Alternative Author(s)
Kim, Dong Hyun
Advisor(s)
김성훈
Issue Date
2018-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
5대 범용 고분자 중 하나인 폴리프로필렌 (PP)은 식품포장, 섬유, 파이프, 자동차 등 산업 각계에서 사용된다. 비교적 우수한 기계적 물성, 저렴한 가격, 낮은 수분 투과율, 내열성 및 내약품성으로 인해 식품 포장 재료로써 널리 쓰이고 있으나, 그 분자 구조로 인해 산소투과도가 높아 식품 보존능력에 대한 개선이 요구되어왔다. 고분자를 투과하는 기체는 고분자 표면에서 응축하여 그 속으로 용해된 후, 고분자 체인간 간격을 통해 기체가 확산되어 반대 방향으로 투과되어 방출된다. 즉, 고분자 내 프리볼륨 (Free volume) 혹은 폴리머 체인 간 결합을 눌러 열어서 투과하는 가스에 대하여, 하이 배리어 (High-barrier)성 고분자는 폴리머 체인간 응집력 에너지 밀도의 고분자 구조, 높은 결정화도, 고분자 체인 간격을 메우는 높은 사이드체인 래디컬 (radical)을 가지는 고분자 체인, 밀도가 높은 가교구조, 수소결합 혹은 극성기의 존재 중 하나 이상의 원인으로써 고분자 내 기체투과를 막거나 지연시킴으로써 기체의 투과를 저감한다. 본 연구는 가시적인 물질의 출입 차단 뿐만 아닌, 산소와 같은 미세 분자의 출입을 지연시킴으로써 산소 불투과성능을 향상시키고자 한다. 이를 위해 무기물인 나노클레이 (Nanoclay)를 필러로써 압출을 통해 PP 매트릭스 내에 층상으로 분산시켜 기체 투과를 차단 성능을 확보하였다. 다만 PP의 경우 비극성 고분자이고, 필러인 나노클레이는 친수성이 큰 극성 고분자로써 이를 나노컴포지트 (Nanocomposite) 제조시 필러의 분산이 원활히 이루어지지 않아 효용성이 떨어질 우려가 있다. 이에 친수성인 나노클레이의 표면을 개질하고 상용화제를 이용하여 두 물질간 친화성을 높이고자 하였다. 평가를 위해 기계적, 광학적 분석 및 산소투과도 측정을 진행하였고, 제조된 레진으로 용기를 사출하여 용기 상태에서의 산소투과도 및 식품 보존 기한을 알아보고, 보존 기한 성능을 개선하는 연구를 진행하였다. 또한 금속, 유리 수준의 산소불투과 성능을 추격하고자 인몰드 라벨링 (In-mold Labeling
IML) 방식을 통해 제조된 레진을 이용하여 산소 불투과 성능이 향상된 식품 용기를 사출하였다. 이는 비단 제품 용기의 산소투과도 억제뿐 아니라, 금속 및 유리 제품 용기를 플라스틱으로 대체함으로써 경량화를 꾀할 수 있으므로, 친환경 산소 차단 구조 패키지를 개발하고, 적층 가능한 구조로 설계되어 제조공정 및 물류단계에서 탄소배출량을 줄이는데 기여할 수 있다.
Nanocomposite consists of Polypropylene (PP)/nanoclay (MMT) was prepared by using melting compound process with the use of a twin-screw extruder. As dispersion of the polar and hydrophilic clays which have lots of cations in non-polar and hydrophobic PP is complex, amino-silane was introduced to modify the surface of the clays. Also, to improve the compatibility of the modified clay with PP, polypropylene-graft-maleic anhydride (PP-g-MA) was used as a compatibilizer. From FT-IR analysis and mechanical property test result, it was confirmed that the surface of the clays was properly modified and they were successfully dispersed in the PP matrix. Also, it was investigated by electron microscopies, to analyze morphology of the composite, especially the degree of dispersion of the clay. In addition, the analysis of oxygen permeability according to clay content was performed, and shelf-life test was also carried out to determine the relationship between oxygen permeability and food preservation performance. The preservation performance of the food package prepared with the resulting resin which was made in this study was improved due to its improved mechanical properties and oxygen barrier property.
URI
http://www.dcollection.net/handler/hanyang/000000105686http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/68312
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > ORGANIC AND NANO ENGINEERING(유기나노공학과) > Theses (Master)
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